KR101545034B1 - Method and apparatus for diagnosing status of parts in real time in plasma processing equipment - Google Patents
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Abstract
플라즈마 반응 챔버의 소모 부품의 상태를 진단하기 위한 장치 및 방법이 개시되며, 그 소모 부품은 내부에 임베딩된 적어도 하나의 도전성 엘리먼트를 포함한다. 그 방법은, 도전성 엘리먼트를 전원 공급기에 커플링하여, 접지에 대한 바이어스 전위가 도전성 엘리먼트에 인가되게 하는 단계; 플라즈마에 대한 도전성 엘리먼트의 노출 시에 도전성 엘리먼트가 플라즈마로부터 전류를 끌어당길 때까지 플라즈마 부식에 소모 부품을 노출시키는 단계; 전류를 측정하는 단계; 및 측정된 전류에 기초하여 플라즈마로 인한 소모 부품의 부식의 정도를 평가하는 단계를 포함한다.An apparatus and method for diagnosing the condition of a consumable part of a plasma reaction chamber is disclosed, the consumable part including at least one conductive element embedded therein. The method includes the steps of coupling a conductive element to a power supply to cause a bias potential for ground to be applied to the conductive element; Exposing the consumable component to plasma erosion until the conductive element pulls current from the plasma upon exposure of the conductive element to the plasma; Measuring current; And evaluating the extent of corrosion of the consumable part due to the plasma based on the measured current.
Description
플라즈마는 반도체 프로세싱 공정들과 같은 다수의 애플리케이션들에서 사용되어 왔다. 종래의 플라즈마 프로세싱 장비는, 조악한 열 특성 및/또는 화학적 특성들을 갖는 플라즈마를 생성하고, 이는 프로세싱 공정들 동안에 그 플라즈마에 노출되는 다수의 부품들을 마모시킨다. 플라즈마의 공격적인 (aggressive) 성질로 인해, 플라즈마와의 반복되는 접촉은 하나 이상의 부품들이 서서히 부식 (erode) 되게 하고/하거나 갑자기 고장나게 하여, 장비의 성능을 열화시키고 프로세스 결과가 시간에 걸쳐 변화하게 할 수도 있다.Plasma has been used in many applications such as semiconductor processing processes. Conventional plasma processing equipment produces a plasma with poor thermal and / or chemical properties that wastes a large number of parts exposed to the plasma during processing processes. Because of the aggressive nature of the plasma, repeated contact with the plasma may cause one or more of the components to slowly erode and / or suddenly fail, degrading the performance of the equipment and causing process outcomes to change over time. It is possible.
따라서, 이들 부품들의 상태들을 신중히 모니터링하고 적시에 부품들을 교체하는 것이 중요하다. 부품들이 너무 일찍 교체되는 경우에는, 여전히 계속 사용될 수도 있는 부품들을 폐기시킴으로써 생산 비용이 증가된다. 부품들이 교체 이전에 너무 오래 방치되는 경우에는, 장비의 다른 부품들을 손상시켜서 추가적인 비용을 초래할 수도 있다. 예컨대, 반도체 프로세싱 챔버 내의 에지 링을 안전 한계를 넘게 부식시키는 경우에는 더 고가의 부품인 정전 척을 파괴시킬 수도 있다. 이상적인 경우는 최대 안전 한계까지 부품을 사용하고 그 이상은 사용하지 않는 것이다.Therefore, it is important to monitor the status of these parts carefully and replace the parts in a timely manner. If parts are replaced too early, the cost of production is increased by discarding parts that may still be in use. If the parts are left too long before replacement, they may damage other parts of the equipment, resulting in additional costs. For example, if the edge ring in the semiconductor processing chamber is corroded beyond safety limits, the more expensive component, the electrostatic chuck, may be destroyed. Ideally, use the part up to the maximum safety limit, and no more.
각각의 부품의 사용 수명 (useful lifetime) 은 특정 환경들에 배치되는 경우의 열화 및 고장의 통계 분석을 통해 추정될 수도 있다. 그러나, 부품이 예측된 것보다 더 일찍 고장나거나 또는 교체될 수도 있는 상황은 항상 가능하다. 또한, 실제로, 부품의 수명은 장비가 정확히 어떻게 동작되는지에 의존할 수도 있으며, 이는 알려지지 않거나 또는 면밀히 모니터링되지 않을 수도 있다. 또한, 검사를 수행하기 위해 장비를 개봉해야 할 필요가 있을 수도 있으며, 이는 생산을 방해하고 일정 정지 시간 (down-time) 을 초래한다. 따라서, 장비의 동작 동안, 그리고 임의의 특정 플라즈마 프로세스에서의 애플리케이션에 관계없이, 부품의 사용 수명의 종료, 결함, 또는 고장을 표시하는 이벤트들을 검출하기 위한 능력을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 실시간으로 각각의 부품의 상태를 모니터링하기 위한 능력, 및 유효한 동작 수명의 종료에 도달하는 경우의 알람의 호출을 제공하는 것이 더욱 바람직할 것이다.The useful lifetime of each component may be estimated through statistical analysis of degradation and failure when deployed in specific environments. However, it is always possible that a part may fail or be replaced earlier than anticipated. Also, in practice, the service life of the part may depend on exactly how the equipment is operated, which may or may not be closely monitored. In addition, it may be necessary to open the equipment to perform the inspection, which interferes with production and results in a certain down-time. Accordingly, it would be desirable to provide the ability to detect events indicative of termination, defects, or failures of the service life of a part during operation of the equipment, and regardless of the application in any particular plasma process. It would be more desirable to provide the ability to monitor the status of each part in real time and the call of an alarm when the end of valid operating life is reached.
발명의 개요Summary of the Invention
일 실시형태에 따르면, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품의 상태를 진단하는 방법으로서, 상기 소모 부품은 내부에 임베딩된 적어도 하나의 도전성 엘리먼트를 포함하고, 상기 소모 부품 상태 진단 방법은: 도전성 엘리먼트를 전원 공급기에 커플링하여, 접지에 대한 바이어스 전위가 도전성 엘리먼트에 인가되게 하는 단계; 플라즈마에 소모 부품을 노출시킴으로써, 플라즈마에 대한 도전성 엘리먼트의 노출 시에 도전성 엘리먼트가 플라즈마로부터 전류를 끌어당기게 (draw) 하는 단계; 전류를 측정하는 단계; 및 측정된 전류에 기초하여 플라즈마로 인한 소모 부품의 부식의 정도를 평가하는 단계를 포함한다.According to one embodiment, there is provided a method of diagnosing a condition of a consumable component of a plasma reaction chamber, the consumable component comprising at least one conductive element embedded therein, the method comprising: To cause a bias potential for ground to be applied to the conductive element; Exposing a consumable component to a plasma such that upon exposure of the conductive element to the plasma, the conductive element draws current from the plasma; Measuring current; And evaluating the extent of corrosion of the consumable part due to the plasma based on the measured current.
다른 실시형태에 따르면, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품으로서, 그 소모 부품은 유전 재료로 형성되고 플라즈마에 노출되는 표면을 포함하며, 그 소모 부품은: 소모 부품 내에 임베딩된 하나 이상의 도전성 엘리먼트들; 도전성 엘리먼트들에 커플링된 프로브 회로; 및 프로브 회로 및 접지에 커플링되어, 도전성 엘리먼트들에 접지에 대한 바이어스 전위를 인가하는 전원 공급기를 포함하며, 도전성 엘리먼트들은 플라즈마에 대한 도전성 엘리먼트의 노출 시에 플라즈마로부터 전류를 끌어당기도록 동작하고, 프로브 회로는 전류를 측정하도록 동작한다.According to another embodiment, there is provided a consumable component of a plasma reaction chamber, the consumable component comprising a surface formed of a dielectric material and exposed to a plasma, the consumable component comprising: at least one conductive element embedded in the consumable component; A probe circuit coupled to the conductive elements; And a power supply coupled to the probe circuit and ground to apply a bias potential to ground to the conductive elements, the conductive elements being operative to draw current from the plasma upon exposure of the conductive element to the plasma, The probe circuit operates to measure the current.
또 다른 실시형태에 따르면, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품으로서, 그 소모 부품은 도전 재료로 형성되고 플라즈마에 노출되는 표면을 포함하며, 그 소모 부품은: 소모 부품 내에 임베딩되고 유전 레이어에 의해 소모 부품으로부터 전기적으로 절연된 하나 이상의 도전성 엘리먼트들; 도전성 엘리먼트들에 커플링된 프로브 회로; 및 프로브 회로 및 접지에 커플링됨으로써 도전성 엘리먼트들에 접지에 대한 바이어스 전위를 인가하는 전원 공급기를 포함하며, 도전성 엘리먼트들은 플라즈마에 대한 도전성 엘리먼트의 노출 시에 플라즈마로부터 전류를 끌어당기도록 동작하고, 프로브 회로는 전류를 측정하도록 동작한다.According to another embodiment, there is provided a consumable component of a plasma reaction chamber, the consumable component comprising a surface formed of a conductive material and exposed to a plasma, the consumable component comprising: a dielectric layer embedded in the consumable component, One or more electrically conductive electrically conductive elements; A probe circuit coupled to the conductive elements; And a power supply coupled to the probe circuit and ground to apply a bias potential to the ground to the conductive elements, the conductive elements being operative to draw current from the plasma upon exposure of the conductive element to the plasma, The circuit operates to measure the current.
도면의 간단한 설명Brief Description of Drawings
도 1은 일 실시형태에 따른 진단 센서를 갖는 플라즈마 프로세싱 챔버의 개략적인 단면도를 도시한다.1 shows a schematic cross-sectional view of a plasma processing chamber with a diagnostic sensor according to one embodiment.
도 2는 도 1의 진단 센서로부터의 신호의 일 예시적인 플롯을 시간의 함수로서 도시한다.Figure 2 shows an exemplary plot of the signal from the diagnostic sensor of Figure 1 as a function of time.
도 3a 및 도 3b는 다른 실시형태에 따른 에지 링의 개략적인 측면 단면도 및 평면 단면도를 도시한다.Figures 3a and 3b show schematic side and cross-sectional views of an edge ring according to another embodiment.
도 4a 및 도 4b는 에지 링의 다양한 실시형태들의 개략적인 단면도들을 도시한다.Figures 4A and 4B show schematic cross-sectional views of various embodiments of edge rings.
도 5는 도 1의 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용되는 타입의 상부 전극의 일 예시적인 실시형태의 개략적인 단면도를 도시한다.FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of one exemplary embodiment of a top electrode of the type used in the plasma processing chamber of FIG.
도 6은 선 을 따라 취해진, 도 5의 상부 전극의 개략적인 단면도를 도시한다.6 is a cross- Sectional view of the top electrode of FIG. 5 taken along line II-II of FIG.
도 7a 내지 도 7c는 도 1의 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용되는 타입의 상부 전극의 다양한 예시적인 실시형태들의 개략적인 단면도들을 도시한다.Figs. 7A-7C show schematic cross-sectional views of various exemplary embodiments of a top electrode of the type used in the plasma processing chamber of Fig.
상세한 설명details
이제 도 1을 참조하면, 일 실시형태에 따른 플라즈마 프로세싱 챔버 (100) 의 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 챔버 (100) 는 플라즈마를 생성하고 일 실시형태에 따른 진단 센서를 포함하는 일 예시적인 디바이스라는 것을 주의한다. 이하, 간결함을 위해, 다음의 논의는 챔버 (100) 내의 컴포넌트들을 진단하기 위한 센서들에 한정된다. 그러나, 유사한 센서 실시형태들이 다른 적합한 플라즈마 생성 디바이스들에 적용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백해야 한다.Referring now to Figure 1, a schematic cross-sectional view of a
도시된 바와 같이, 챔버는, 용량성 커플링된 플라즈마를 생성하기 위한 다양한 컴포넌트들이 내부에 배치된 공간을 형성하기 위한 벽 (117) 을 포함한다. 또한, 챔버는, 동작 동안에 기판 (112) 을 제자리에 홀딩하기 위한 정전 척 (106) 및 상부 전극 (102) 을 포함한다. 상부 전극 (102) 과 척 (106) 은, RF 파워 소스 (도 1에는 미도시) 에 커플링된 전극들의 쌍을 형성하고, RF 소스에 의해 전원공급되는 경우에 기판 (112) 의 최상부면에 걸쳐 플라즈마를 생성한다. 또한, 챔버 (100) 는, 세라믹 링 (108), 세라믹 링과 척 (106) 사이에 배치된 커플링 링 (110), 및 기판 (112) 의 에지 주위에 배치된 에지 링 (114) 을 포함한다. 상부 전극 (102) 과 척 (106) 사이의 갭 내에 배치된 한정 링 (confinement ring) (104) 에 의해 플라즈마가 한정된다. 플라즈마 내의 가스 파티클들 중 일부가 링들 (104) 사이의 공간/갭들을 통과하고, 그 후 진공 펌프에 의해 챔버로부터 배기된다.As shown, the chamber includes a
에지 링 (114) 은, 척 (106) 에 대하여 기판 (112) 을 포지셔닝하는 것, 및 플라즈마에 의한 손상으로부터 기판 자체에 의해 보호되지 않는, 아래에 놓인 컴포넌트들을 보호하는 것을 포함하는 수개의 기능들을 수행한다. 또한, 에지 링 (114) 은 기판 (112) 에 걸쳐 균일하게 플라즈마를 강화 (enhance) 한다. 에지 링 (114) 이 없이는, 기판 (112) 이 척의 외측 에지를 전기적으로 정의하고 등전위선들이 기판 에지 근처에서 급격하게 위쪽으로 휘어질 것이다. 따라서, 에지 링 (114) 이 없이는, 기판 에지가 기판의 중심에 존재하는 플라즈마 환경과 상이한 플라즈마 환경을 경험할 것이고, 이는 에지 근방에서 저조한 생산 수율을 초래할 것이다. 챔버의 더 상세한 설명은 공동 소유된 미국 특허 제 6,986,765 호에서 찾을 수 있다.The
플라즈마의 공격적인 성질로 인해, 에지 링 (114) 은 시간에 걸쳐 마모될 수 있다. 에지 링 (114) 이 마모됨에 따라, 에지 링의 손상된 영역들 근처의 플라즈마 특성들이 변화할 수도 있다. 플라즈마 특성들에 대한 변화들은 이어서 프로세스 결과가 시간에 결쳐 변화하게 할 수도 있고, 챔버는 에지 링 (114) 이 교체되어야 할 필요가 있는 포인트에 도달할 수도 있다.Due to the aggressive nature of the plasma, the
실시간으로 에지 링 (114) 의 구조적인 상태 및 동작 컨디션을 모니터링하고, 에지 링의 사용 수명의 종료와 같은 이벤트의 표시를 제공하기 위해, 에지 링 (114) 에 진단 센서 (115) 가 커플링될 수 있다. 센서 (115) 는, 픽업 유닛 또는 프로브 (116), 및 도체 와이어 (119) 를 통해 프로브 (116) 에 접속된 프로브 회로 (118) 를 포함한다. 프로브 (116) 는, 에지 링 (114) 에 의해 프로브가 완전히 둘러싸이도록 에지 링 (114) 내에 임베딩된다. 일 예시적인 실시형태에서, 프로브 (116) 는 와이어 단편 또는 핀의 형상을 갖는다. 프로브 (116) 는, 금속과 같은 도전 재료로 형성되지만 이에 한정되는 것은 아니고, 에지 링 (114) 은 전기 절연 또는 유전 재료로 형성되지만 이에 한정되는 것은 아니다.The
프로브 회로 (118) 는, 프로브 (116) 와 접지 사이에 전위를 인가하기 위한 전원 공급기 (122) 를 포함한다. 또한, 회로 (118) 는, 저항기를 통해 흐르는 전류, 또는 저항기 양단의 전압을 측정하기 위한, 전압계와 같은 측정 디바이스 (124) 및 저항기 (120) 를 포함한다. 도체 와이어 (119) 는 프로브 (116) 로부터 챔버 벽 (117) 을 통해 회로 (118) 까지 연장하는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시형태에서, 회로 (118) 는 챔버 내부에 배치될 수도 있고, 측정 디바이스 (124) 는 챔버 벽 (117) 외부에 위치되어 디바이스 (124) 에 의해 측정된 신호를 오퍼레이터에게 디스플레이하도록 동작하는 디스플레이 유닛에 커플링될 수도 있다.The
프로브 (116) 는, 에지 링 (114) 의 사용 수명의 종료와 같은 진단 이벤트에 대응하는 깊이로 에지 링 (114) 내에 임베딩된다. 프로브 (116) 는 접지에 대하여 10 내지 15 볼트가 바람직한 음의 dc 전위로 바이어스된다. 동작 동안에, 플라즈마로부터 프로브 (116) 를 커버하는 에지 링 (114) 의 부분은 플라즈마의 에너제틱 (energetic) 양이온들이 프로브 (116) 에 도달하는 것을 방지한다. 그러나, 플라즈마에 대한 반복되는 노출 시에는, 에지 링 (114) 의 커버부가 부식되어 플라즈마에 프로브 (116) 를 노출시켜서, 프로브가 플라즈마로부터 이온 전류를 끌어당긴다. 끌어 당겨진 이온 전류는 프로브 회로 (118) 의 저항기 (120) 를 통해 흐르고, 저항기 양단의 전압을 측정하여 측정될 수 있다. 플라즈마는, 벽 (117), 상부 전극 (102), 또는 다른 적합한 컴포넌트들을 통해 접지에 커플링될 수 있고, 프로브에 의해 끌어 당겨진 이온 전류를 위한 경로를 완성할 수 있으며, 즉 플라즈마가 이온 전류의 소스이고 이온 전류를 위한 전기 경로의 일부를 형성하며, 접지도 또한 전기 경로의 일부를 형성한다.The
다른 실시형태에서, 프로브 (116) 는, 접지에 대하여 10 내지 15 볼트가 바람직한 양의 dc 전위 (도 1에서는 미도시) 로 바이어스될 수 있다. 이 실시형태에서, 도 1의 전원 공급기 (122) 의 양의 단자는 저항기 (120) 에 접속되고 전원 공급기 (122) 의 음의 단자는 접지에 접속될 수도 있다. 양으로 바이어스된 프로브 (116) 는, 에지 링 (114) 이 마모되어 프로브 (116) 를 플라즈마에 노출시키는 경우에, 플라즈마로부터 음의 전자 전류를 끌어당길 수도 있다. 플라즈마는, 벽 (117), 상부 전극 (102), 또는 다른 적합한 컴포넌트들을 통해 접지에 커플링될 수 있고, 프로브에 의해 끌어 당겨진 전자 전류를 위한 경로를 완성하며, 즉 플라즈마가 전자 전류의 소스이고 전자 전류를 위한 전기 경로의 일부를 형성하며, 접지도 또한 전기 경로의 일부를 형성한다.In another embodiment,
도 2는 도 1의 측정 디바이스 (124) 로부터의 신호의 일 예시적인 플롯을 플라즈마 노출 시간의 함수로서 도시한다. 플라즈마로부터 프로브 (116) 를 커버하는 에지 링 (114) 의 부분이 마모됨에 따라, 디바이스 (124) 에 의해 측정되는, 저항기 (122) 를 통해 흐르는 이온 전류 또는 동등하게 저항기 양단의 전압이 도 2에 도시된 바와 같이 갑자기 증가할 수도 있다. 신호 강도에서의 이러한 갑작스러운 증가는 프로브 (116) 가 플라즈마에 노출되는 포인트의 표시자로서 사용될 수도 있다. 일 실시형태에서, 오퍼레이터 주의 또는 개입을 요구하는 경고 또는 통지는, 에지 링 (114) 의 유효한 동작 수명의 종료와 같은 진단 이벤트에 대응하는 미리 설정된 임계 전압 VT 까지 전압이 증가하는 경우에 트리거링될 수도 있다. 다른 실시형태에서, 전압이 값의 갑작스러운 변화를 나타내는 경우에 경고 또는 통지가 트리거링될 수도 있다. 따라서, 측정 디바이스 (124) 로부터 신호를 모니터링함으로써, 부식의 정도 및 에지 링 (114) 의 성능과 같은 컨디션의 인시추 (in situ) 진단이 실시간으로 수행될 수 있다.FIG. 2 illustrates one exemplary plot of the signal from the
상술된 바와 같이, 프로브 (116) 는 접지에 대하여 양의 dc 전위로 바이어스되고 음의 전자 전류들을 끌어당길 수도 있다. 그러한 경우에, 도 2의 플롯의 수직축은 저항기 (120) 양단의 전압의 절대값을 표현할 수도 있다.As described above, the
일 예시적인 실시형태에서, 센서 (115) 는, 리던던시를 제공하거나 또는 에지 링의 전체 무결성 (integrity) 을 모니터링하기 위해, 에지 링 (114) 내에 임베딩된 다수의 프로브 핀들을 포함할 수도 있다. 도 3a는 다수의 프로브들 (302) 이 내부에 임베딩된 에지 링 (300) 의 개략적인 측면 단면도를 도시한다. 도 3b는, 선 을 따라 취해진, 8개의 프로브들 (302) 을 갖는 에지 링 (300) 의 개략적인 평면 단면도를 도시한다. 간결함을 위해, 도체 와이어 (304) 를 통해 프로브들에 커플링된 프로브 회로는 도 3a에는 도시되지 않는다.In one exemplary embodiment, the
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 다수의 프로브들 또는 프로브 핀들 (302) 이, 에지 링 (300) 의 중심축 둘레에 미리 설정된 각 간격으로 원주상으로 (circumferentially) 배열된다. 임의의 다른 적합한 수의 프로브들 (302) 이 에지 링 (300) 내에 임베딩될 수도 있다는 것을 주의한다. 다른 예시적인 실시형태에서, 프로브들 (302) 은 선택적인 접속 와이어 (306) 를 통해 서로 전기적으로 접속될 수도 있으며, 여기서 접속 와이어 (306) 는 도전 재료로 형성되고 에지 링 (300) 내에 임베딩될 수도 있다. 이 실시형태에서, 모든 프로브들 (302) 이 프로브 회로에 커플링될 수도 있다.As shown in FIGS. 3A and 3B, a plurality of probes or probe pins 302 are circumferentially arranged at predetermined angular intervals around the center axis of the
프로브의 형상, 치수, 및 재료 조성들은 그 프로브의 애플리케이션의 타입에 따라 선택된다. 일 예시적인 실시형태에서, 진단 센서는, 프로브 회로에 커플링된 복수의 얇은 플레이트들을 포함할 수도 있으며, 각각의 플레이트는 일반적인 다각형 또는 원형 플레이트/디스크 형상을 갖는다. 예컨대, 도 4a는 에지 링 (400) 의 일 예시적인 실시형태의 개략적인 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 다수의 프로브들 (402) 이 에지 링 (400) 내에 임베딩되고 원주상으로 배열된다. 각각의 프로브 (402) 는 평탄한 원형 디스크 형상을 갖고, 도체 와이어 (404) 를 통해 프로브 회로 (도 4a에는 미도시) 에 커플링된다. 프로브 (402) 가 직사각형과 같은 다른 적합한 형상들을 가질 수도 있다는 것을 주의한다.The shape, dimensions, and material compositions of the probe are selected according to the type of application of the probe. In one exemplary embodiment, the diagnostic sensor may comprise a plurality of thin plates coupled to a probe circuit, each plate having a general polygonal or circular plate / disk shape. For example, FIG. 4A shows a schematic cross-sectional view of one exemplary embodiment of an
선택적으로, 에지 링 (400) 내에 임베딩된 다수의 프로브들 (402) 은 접속 와이어 (406) 에 의해 서로 접속될 수도 있으며, 여기서 접속 와이어 (406) 는 도전 재료로 형성되고 에지 링 내에 임베딩될 수도 있다. 이 실시형태에서, 모든 프로브들이 도체 와이어를 통해 프로브 회로에 커플링될 수도 있다.Optionally, a plurality of
도 4b는 에지 링 (410) 의 다른 실시형태의 개략적인 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 환형 형상을 갖는 프로브 (412) 가 에지 링 (410) 내에 임베딩된다. 간결함을 위해, 도체 와이어 (404) 를 통해 프로브 (412) 에 커플링된 프로브 회로는 도 4b에는 도시되지 않는다.FIG. 4B shows a schematic cross-sectional view of another embodiment of the
도 1 내지 도 4b의 진단 센서들은, 플라즈마의 작용들에 의해 부식될 수 있거나, 또는 전기 절연 또는 유전 재료로 이루어진, 한정 링들과 같은 다른 적합한 컴포넌트들에 적용될 수 있다. 이들 컴포넌트들과 연관된 다수의 진단 센서들로부터의 신호들은 동시에 모니터링되어 실시간으로 컴포넌트들의 컨디션들을 진단할 수 있다. 상부 전극 (102) (도 1) 과 같은 도전 또는 반도체 재료로 이루어진 컴포넌트들에 있어서, 도 5 내지 도 7b와 관련하여 논의되는 바와 같이, 프로브가 임베딩된 호스트 컴포넌트와 프로브 사이의 직접적인 접촉을 방지하기 위해, 프로브가 유전 재료에 의해 둘러싸일 수 있다. 이하, 예시의 목적을 위해, 도전 재료로 형성된 일 예시적인 호스트 컴포넌트로서 상부 전극이 설명된다.The diagnostic sensors of Figs. 1 to 4B can be corroded by the actions of plasma, or can be applied to other suitable components, such as confinement rings, made of electrically insulating or dielectric material. Signals from multiple diagnostic sensors associated with these components can be simultaneously monitored to diagnose conditions of components in real time. For components made of a conductive or semi-conductive material, such as the top electrode 102 (Fig. 1), as discussed with respect to Figs. 5 to 7B, the probe may prevent direct contact between the embedded host component and the probe For this purpose, the probe may be surrounded by a dielectric material. Hereinafter, for purposes of illustration, an upper electrode is described as an exemplary host component formed of a conductive material.
도 5는, 도 1의 플라즈마 프로세싱 챔버에서 사용될 수도 있는 상부 전극 (500) 의 일 예시적인 실시형태의 개략적인 단면도를 도시한다. 도 6은 상부 전극 (500) 의 개략적인 단면도를 도시한다. 간결함을 위해, 가스 주입 메카니즘과 같은, 전극의 상세한 구성은 도 5 및 도 6에서는 도시되지 않는다. 도시된 바와 같이, 상부 전극 (500) 은, 상부 전극 내에 임베딩된 하나 이상의 프로브 유닛들 (503) 을 포함하는 진단 센서 (501) 와 연관된다. 각각의 프로브 유닛 (503) 은, 금속과 같은 도전 재료로 형성된 핀 또는 와이어 단편을 포함하는 프로브 (502), 및 상부 전극 (500) 으로부터 프로브를 전기적으로 절연시키기 위해 프로브를 둘러싸는 절연 레이어 (504) 를 갖는다. 절연 레이어 (504) 는 예컨대, 프로브 (502) 상의 유전 재료의 코팅에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 센서 (501) 는 센서 회로 (506) 및 하나 이상의 도체 와이어들 (508) 을 포함하며, 도체 와이어들 (508) 의 각각은 센서 회로 (506) 및 프로브들 (502) 중 대응하는 하나의 프로브에 커플링된다. 도체 와이어들 (508) 은 상부 전극 (500) 으로부터 전기적으로 절연될 수 있다.FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of one exemplary embodiment of an
일 예시적인 실시형태에서, 각각의 프로브 (502) 는 도체 와이어 (508) 를 통해 프로브 회로 (506) 에 개별적으로 커플링될 수 있다. 다른 예시적인 실시형태에서, 프로브들 (502) 은 선택적인 접속 와이어 (506) 에 의해 서로 전기적으로 접속될 수 있으며, 와이어 (506) 는 상부 전극 (500) 내에 임베딩되고, 와이어 (506) 를 둘러싸는, 유전 코팅과 같은 절연 레이어에 의해 상부 전극으로부터 절연된다. 이 실시형태에서, 모든 프로브들 (502) 이 프로브 회로 (506) 에 커플링된다. 프로브 회로 (506) 는 도 1의 회로 (118) 와 유사한 컴포넌트들 및 동작 메카니즘들을 가질 수도 있다.In one exemplary embodiment, each
또 다른 예시적인 실시형태에서, 각각의 프로브는, 도전 재료로 이에 한정되지 않게 형성되고 일반적으로 원형 또는 다각형 형상으로 형성된 얇은 플레이트를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 7a는, 선 (도 5) 에 평행한 방향을 따라 취해진, 상부 전극 (700) 의 일 예시적인 실시형태의 개략적인 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상부 전극 (700) 내에 임베딩된 다수의 프로브 유닛들 (703) 의 각각은, 평탄한 원형 디스크 형상을 갖는 프로브 (704), 및 상부 전극 (700) 으로부터 프로브를 전기적으로 절연시키기 위해 프로브를 둘러싸는 절연 레이어 (702) 를 포함한다. 프로브 (704) 가 직사각형과 같은 다른 적합한 형상들을 가질 수도 있다는 것을 주의한다. 또한, 임의의 적합한 수의 프로브들이 상부 전극에서 사용될 수도 있다는 것을 주의한다.In another exemplary embodiment, each probe may comprise a thin plate formed of, but not limited to, a conductive material and formed in a generally circular or polygonal shape. For example, Fig. Sectional view of one exemplary embodiment of the
선택적으로, 다수의 프로브들 (704) 은, 접속 와이어 (506) (도 5) 와 유사한 접속 와이어 (706) 에 의해 서로 접속될 수도 있다. 이 실시형태에서, 모든 프로브들이 도체 와이어를 통해 프로브 회로에 커플링된다.Alternatively, the plurality of
또 다른 예시적인 실시형태에서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상부 전극 내에 임베딩된 프로브는 일반적인 환형 형상을 가질 수도 있다. 도 7b는 상부 전극 (710) 의 개략적인 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 상부 전극 (710) 내에 임베딩된 프로브 유닛 (713) 은, 환형 프로브 (714), 및 프로브 (714) 를 둘러싸고 상부 전극 (710) 으로부터 프로브 (714) 를 전기적으로 절연시키는 절연 레이어 (712) 를 포함한다. 프로브 (714) 는 금속과 같은 도전 재료로 형성되고 도 1의 회로 (118) 와 유사한 프로브 회로에 커플링될 수도 있다.In another exemplary embodiment, as shown in FIG. 7B, the probe embedded in the upper electrode may have a general annular shape. Fig. 7B shows a schematic cross-sectional view of the
도 7c는 상부 전극 (720) 의 다른 예시적인 실시형태의 개략적인 평면 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 다수의 프로브 유닛들 (723) 은 상부 전극 (720) 내에 동심으로 (concentrically) 임베딩될 수도 있고, 각각의 프로브 유닛 (723) 은 환형 프로브 (724), 및 프로브를 둘러싸고 상부 전극 (720) 으로부터 프로브 (724) 를 전기적으로 절연시키는 절연 레이어 (722) 를 포함한다. 상부 전극 (720) 이 다수의 가스 홀들을 포함하여 샤워헤드 (showerhead) 구성을 갖는 경우에, 프로브 유닛들 사이의 방사상 (radial) 간격은 그 안에 가스 아웃렛들을 포함할 수 있다. 절연 레이어 (722) 및 프로브 (724) 는 레이어 (712) 및 프로브 (714) 와 유사한 재료들로 각각 형성될 수도 있다.7C depicts a schematic planar cross-sectional view of another exemplary embodiment of the
도 3a 내지 도 7c에 도시된 프로브들은 접지에 대하여 10 내지 15 볼트가 바람직한 양의 dc 전위로 바이어스될 수 있다. 예컨대, 도 5의 전원 공급기의 양의 단자는 저항기에 접속되고, 전원 공급기의 음의 단자는 접지에 접속된다. 간결함을 위해, 접지에 대하여 양으로 바이어스된 프로브들은 상세히 설명되지 않았다. 그러나, 음으로 바이어스된 프로브들을 갖는 센서 실시형태들의 동작 및 구조적인 특징들이 양으로 바이어스된 프로브들을 갖는 센서 실시형태들의 동작 및 구조적인 특징들과 유사하다는 것이 명백해야 한다.The probes shown in Figures 3A-7C can be biased with a desired amount of dc potential of 10-15 volts relative to ground. For example, the positive terminal of the power supply of Figure 5 is connected to a resistor, and the negative terminal of the power supply is connected to ground. For the sake of brevity, the probes positively biased with respect to ground are not described in detail. It should be apparent, however, that the operational and structural features of the sensor embodiments with negatively biased probes are similar to the operational and structural features of the sensor embodiments with positively biased probes.
본 발명의 특정 실시형태들을 참조하여 본 발명이 상세히 설명되었으나, 첨부된 청구의 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변경 및 변형이 행해질 수 있고 균등물들이 이용될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.Although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made and equivalents may be resorted to without departing from the scope of the appended claims.
Claims (20)
상기 소모 부품은 내부에 임베딩된 적어도 하나의 도전성 엘리먼트를 포함하고,
상기 소모 부품 상태 진단 방법은,
상기 도전성 엘리먼트를 전원 공급기에 커플링하여, 접지에 대한 바이어스 전위가 상기 도전성 엘리먼트에 인가되게 하는 단계;
플라즈마에 대한 상기 도전성 엘리먼트의 노출 시에 상기 도전성 엘리먼트가 플라즈마로부터 전류를 끌어당길 (draw) 때까지 플라즈마 부식에 상기 소모 부품을 노출시키는 단계;
상기 전류를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 전류에 기초하여 플라즈마로 인한 상기 소모 부품의 부식의 정도를 평가하는 단계를 포함하는, 소모 부품 상태 진단 방법.A method for diagnosing a condition of a consumable part of a plasma reaction chamber,
Wherein the consumable component comprises at least one conductive element embedded therein,
The consumable component status diagnosis method includes:
Coupling the conductive element to a power supply to cause a bias potential for ground to be applied to the conductive element;
Exposing the consumable component to plasma erosion until the conductive element draws current from the plasma upon exposure of the conductive element to the plasma;
Measuring the current; And
And evaluating the degree of corrosion of the consumable component due to the plasma based on the measured current.
상기 전류를 측정하는 단계는,
상기 도전성 엘리먼트와 상기 전원 공급기 사이에 직렬로 저항기를 개재시키는 단계;
상기 저항기 양단의 전압을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 전압에 기초하여 상기 전류를 결정하는 단계를 포함하는, 소모 부품 상태 진단 방법.The method according to claim 1,
Wherein measuring the current comprises:
Interposing a resistor in series between the conductive element and the power supply;
Measuring a voltage across the resistor; And
And determining the current based on the measured voltage.
상기 전류가 미리 설정된 임계 레벨까지 증가할 때 통지를 트리거링하는 단계를 더 포함하는, 소모 부품 상태 진단 방법.The method according to claim 1,
Further comprising triggering a notification when the current increases to a predetermined threshold level.
상기 소모 부품은 도전 재료로 형성되며, 상기 도전성 엘리먼트는 전기 절연 재료에 의해 둘러싸여서, 상기 도전성 엘리먼트가 상기 소모 부품으로부터 전기적으로 절연되게 하는, 소모 부품 상태 진단 방법.The method according to claim 1,
Wherein the consumable part is formed of a conductive material and the conductive element is surrounded by an electrically insulating material so that the conductive element is electrically isolated from the consumable part.
상기 소모 부품은 유전 재료로 형성되는, 소모 부품 상태 진단 방법.The method according to claim 1,
Wherein the consumable part is formed of a dielectric material.
상기 도전성 엘리먼트는 핀 형상을 갖는, 소모 부품 상태 진단 방법.The method according to claim 1,
Wherein the conductive element has a pin shape.
상기 도전성 엘리먼트는 일반적인 다각형 형상을 갖는, 소모 부품 상태 진단 방법.The method according to claim 1,
Wherein the conductive element has a general polygonal shape.
상기 도전성 엘리먼트는 일반적인 환형 형상을 갖는, 소모 부품 상태 진단 방법.The method according to claim 1,
Wherein the conductive element has a generally annular shape.
상기 소모 부품은, 도전성 와이어에 의해 서로 직렬로 전기적으로 접속된 다수의 도전성 엘리먼트들을 포함하는, 소모 부품 상태 진단 방법.The method according to claim 1,
Wherein the consumable component comprises a plurality of electrically conductive elements electrically connected in series with each other by a conductive wire.
상기 전류는 양의 이온 전류 및 음의 전자 전류로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 소모 부품 상태 진단 방법.The method according to claim 1,
Wherein the current is selected from the group consisting of a positive ion current and a negative electron current.
상기 소모 부품을 새로운 소모 부품으로 교체하는 단계를 더 포함하는, 소모 부품 상태 진단 방법.The method according to claim 1,
And replacing the consumable part with a new consumable part.
상기 소모 부품은 플라즈마에 노출되는 표면을 포함하고,
상기 소모 부품은,
상기 소모 부품 내에 임베딩되며, 서로 전기적으로 커플링된 도전성 엘리먼트들;
상기 도전성 엘리먼트들에 커플링된 프로브 회로; 및
상기 프로브 회로 및 접지에 커플링되어, 접지에 대한 바이어스 전위를 상기 도전성 엘리먼트들에 인가하는 전원 공급기를 포함하며,
상기 도전성 엘리먼트들은, 플라즈마에 대한 상기 도전성 엘리먼트들의 노출 시에 플라즈마로부터 전류를 끌어당기도록 동작하고, 상기 프로브 회로는 상기 전류를 측정하도록 동작하는, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품.As a consumable part of a plasma reaction chamber,
Wherein the consumable component comprises a surface exposed to a plasma,
The consumable part
Conductive elements embedded within the consumable component and electrically coupled to each other;
A probe circuit coupled to the conductive elements; And
And a power supply coupled to the probe circuit and ground to apply a bias potential to ground to the conductive elements,
Wherein the conductive elements are operative to draw current from the plasma upon exposure of the conductive elements to the plasma, and wherein the probe circuit is operative to measure the current.
상기 소모 부품은 유전 재료로 이루어지며, 에지 링 및 한정 링으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품.13. The method of claim 12,
Wherein the consumable part is made of a dielectric material and is selected from the group consisting of an edge ring and a confinement ring.
상기 전원 공급기는 DC 파워 소스인, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품.13. The method of claim 12,
Wherein the power supply is a DC power source.
상기 프로브 회로는 저항기, 및 상기 저항기 양단의 전위를 측정하기 위한 전압계를 포함하는, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품.13. The method of claim 12,
Wherein the probe circuit comprises a resistor and a voltmeter for measuring the potential across the resistor.
상기 도전성 엘리먼트들의 각각은, 핀, 다각형, 원형, 및 환형으로 구성된 그룹으로부터 선택된 형상을 갖는, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품.13. The method of claim 12,
Each of the conductive elements having a shape selected from the group consisting of pins, polygons, circles, and annular.
상기 도전성 엘리먼트들은 도전성 와이어에 의해 서로 전기적으로 접속되는, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품.13. The method of claim 12,
Wherein the conductive elements are electrically connected to each other by a conductive wire.
상기 소모 부품은 도전 재료로 형성되며,
상기 도전성 엘리먼트들은 상기 소모 부품 내에 임베딩되고, 유전 레이어에 의해 상기 소모 부품으로부터 전기적으로 절연되는, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품.13. The method of claim 12,
The consumable part is formed of a conductive material,
Wherein the conductive elements are embedded in the consumable component and are electrically isolated from the consumable component by a dielectric layer.
상기 소모 부품은 플라즈마를 생성하기 위한 전극인, 플라즈마 반응 챔버의 소모 부품.19. The method of claim 18,
Wherein the consumable component is an electrode for generating a plasma.
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